(57)【要約】  ヘッドアップディスプレイおよび３次元の（３Ｄ）ヘッドアップディスプレイシステムは、ユーザーによって見られることとなる複合イメージとして、物理的環境のビューと組み合わせられたイメージの複数の異なるビューをアイボックスに提供する。ヘッドアップディスプレイは、異なるビューを提供するように構成されているマルチビーム回折格子ベースのディスプレイと、物理的環境ビューとともに異なるビューをアイボックスへリレーするように構成されている光学的コンバイナーとを含む。３Ｄヘッドアップディスプレイシステムによって提供される異なるビューは、３Ｄイメージの異なる斜視的なビューを表している。
2019510995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドアップディスプレイであって、
イメージの複数の異なるビューを提供するように構成されているマルチビーム回折格子ベースのディスプレイと、
前記イメージの前記複数の異なるビューを前記ヘッドアップディスプレイのアイボックスへリレーするように構成されている光学的コンバイナーであって、前記アイボックスにおいて、前記イメージおよび物理的環境のビューを含む複合ビューを提供するようにさらに構成されている、光学的コンバイナーと
を含む、ヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
前記イメージは、３次元の（３Ｄ）イメージを含み、前記複数の異なるビューのうちの異なるビューは、前記３Ｄイメージの異なる斜視的なビューを表している、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】
前記マルチビーム回折格子ベースのディスプレイは、
コリメートされた光ビームを非ゼロの伝播角度でガイドするように構成されている平板ライトガイドと、
前記平板ライトガイドの表面におけるマルチビーム回折格子のアレイであって、前記アレイのマルチビーム回折格子は、前記イメージの前記複数の異なるビューの異なるビュー方向に対応する異なる主極大角度方向を有する複数のカップリングして外へ出された光ビームとして、ガイドされる前記コリメートされた光ビームの一部分を回折によりカップリングして外へ出すように構成されている、マルチビーム回折格子のアレイと
を含む、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項４】
前記マルチビーム回折格子は、線形チャープ型回折格子を含む、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項５】
前記マルチビーム回折格子ベースのディスプレイは、
前記コリメートされた光ビームを平板ライトガイドに提供するように構成されている光源と、
前記平板ライトガイド表面に隣接するライトバルブアレイであって、前記イメージの前記異なるビューのピクセルに対応する複数のピクセルとして、前記カップリングして外へ出された光ビームを選択的に変調させるように構成されている、ライトバルブアレイと
をさらに含む、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項６】
前記光源は、
光を提供するように構成されている光学的な供給源と、
前記光学的な供給源からの前記光をコリメートするように、および、前記コリメートされた光ビームを前記平板ライトガイドに提供するように構成されているコリメーターと
を含む、請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項７】
前記光源は、光の異なるカラーを提供するように構成されている複数の異なる光学的な供給源を含み、前記異なる光学的な供給源は、互いからオフセットされており、前記異なる光学的な供給源の前記オフセットは、光の前記異なるカラーのそれぞれに対応する前記コリメートされた光ビームの異なるカラー特有の非ゼロの伝播角度を提供するように構成されている、請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項８】
前記光学的コンバイナーは、部分的に反射する表面を含み、前記部分的に反射する表面は、前記イメージの前記複数の異なるビューを前記アイボックスに向けて反射させるように構成されており、さらに、前記部分的に反射する表面を通して前記アイボックスへ前記物理的環境ビューを送信するように構成されている、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項９】
前記光学的コンバイナーは、前記イメージの前記複数の異なるビューをガイドするように構成されているライトガイドを含む、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項１０】
前記光学的コンバイナーは、自動車のウィンドシールドの一部分を含み、前記ヘッドアップディスプレイは、自動車ヘッドアップディスプレイである、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項１１】
３次元の（３Ｄ）ヘッドアップディスプレイシステムであって、
複数の異なる３Ｄビューを含む３Ｄイメージを提供するように構成されているマルチビーム回折格子ベースのディスプレイであって、前記マルチビーム回折格子ベースのディスプレイは、コリメートされた光ビームをガイドするように構成されている平板ライトガイド、および、前記異なる３Ｄビューに対応する主極大角度方向を有する複数のカップリングして外へ出された光ビームとして、前記コリメートされた光ビームの一部分を回折によりカップリングして外へ出すように構成されているマルチビーム回折格子アレイを含む、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイと、
前記３Ｄイメージを前記ヘッドアップディスプレイシステムのアイボックスへリレーするように構成されている光学的コンバイナーであって、前記アイボックスにおいて、前記３Ｄイメージおよび物理的環境ビューの複合ビューを提供するようにさらに構成されている、光学的コンバイナーと
を含む、３次元の（３Ｄ）ヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１２】
前記マルチビーム回折格子アレイのマルチビーム回折格子は、湾曲した回折フィーチャーを有するチャープ型回折格子を含む、請求項１１に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１３】
前記チャープ型回折格子は、線形のチャープ型回折格子である、請求項１２に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１４】
前記マルチビーム回折格子ベースのディスプレイは、
前記コリメートされた光ビームを提供するように構成されている光源と、
提供される前記３Ｄイメージの前記異なる３Ｄビューに対応する３Ｄピクセルとして、前記複数の（カップリングして外へ出された光ビームの）うちの前記カップリングして外へ出された光ビーム（複数）を選択的に変調させるように構成されているライトバルブアレイと
をさらに含み、
前記平板ライトガイドは、コリメートされた光ビームとして、非ゼロの伝播角度で前記光ビームをガイドするように構成されており、前記マルチビーム回折格子アレイのマルチビーム回折格子は、前記平板ライトガイドの表面に隣接して位置付けされている、請求項１１に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１５】
前記ライトバルブアレイは、複数の液晶ライトバルブを含む、請求項１４に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１６】
前記光学的コンバイナーは、提供される前記３Ｄイメージを前記アイボックスへリレーするように構成されている、部分的に反射する表面および実質的に透明なライトガイドのうちの１つを含み、前記部分的に反射する表面および前記実質的に透明なライトガイドは、前記部分的に反射する表面および実質的に透明なライトガイドのうちのそれぞれ１つを通して前記物理的環境を見ることを促進させるようにそれぞれ構成されている、請求項１１に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１７】
前記光学的コンバイナーは、車両のウィンドシールドの一部分を含み、前記ヘッドアップディスプレイシステムは、車両のヘッドアップディスプレイシステムである、請求項１１に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１８】
前記マルチビーム回折格子ベースのディスプレイと前記光学的コンバイナーとの間にリレーオプティクスをさらに含み、前記リレーオプティクスは、前記３Ｄイメージに対応する光を前記マルチビーム回折格子ベースのディスプレイから前記光学的コンバイナーへリレーするように構成されている、請求項１１に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１９】
３次元の（３Ｄ）ヘッドアップディスプレイ動作の方法であって、
コリメートされた光ビームを平板ライトガイドの中に非ゼロの伝播角度でガイドするステップと、
ガイドされる前記コリメートされた光ビームの一部分を、マルチビーム回折格子のアレイを使用して、回折によりカップリングして前記ライトガイドから外へ出し、複数のカップリングして外へ出された光ビームを作り出すステップであって、前記カップリングして外へ出された光ビームは、複数の異なる３Ｄビューを含む３Ｄイメージを形成している、ステップと、
複合ビューを形成するために、光学的コンバイナーを使用して、前記３Ｄイメージの前記異なる３Ｄビューを物理的環境のビューと組み合わせるステップであって、前記物理的環境は、前記光学的コンバイナーの後ろにあり、前記光学的コンバイナーを通して見られる、ステップと、
前記複合ビューをアイボックスへリレーするステップと
を含む、方法。
【請求項２０】
前記アレイのマルチビーム回折格子は、前記複数のカップリングして外へ出された光ビームとして、ガイドされる前記コリメートされた光ビームの一部分を回折によりカップリングして外へ出すように構成されており、前記複数の（カップリングして外へ出された光ビームの）うちの前記カップリングして外へ出されたビーム（複数）は、互いに異なる主極大角度方向を有しており、前記異なる主極大角度方向は、前記３Ｄイメージの異なる３Ｄビューの異なるビュー方向に対応している、請求項１９に記載のヘッドアップディスプレイ動作の方法。
【請求項２１】
ライトバルブのアレイを使用して、前記複数のカップリングして外へ出された光ビームのうちの光ビーム（複数）を変調させるステップをさらに含み、前記変調される光ビームは、前記３Ｄイメージの３Ｄピクセルを形成する、請求項１９に記載のヘッドアップディスプレイ動作の方法。
【請求項２２】
前記光学的コンバイナーは、車両のウィンドシールドの一部分を含む、請求項１８に記載のヘッドアップディスプレイ動作の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
該当無し。
【０００２】
連邦政府資金による研究開発の記載
該当無し。
【背景技術】
【０００３】
電子ディスプレイは、多種多様なデバイスおよび製品のユーザーに情報を伝達するための、ほぼ至る所にある媒体である。最も一般的に用いられる電子ディスプレイは、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、電子発光ディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびアクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）、ならびに、電気機械的なまたは電気流体的な光変調（たとえば、デジタルマイクロミラーデバイス、エレクトロウェッティングディスプレイなど）を用いるさまざまなディスプレイを含む。一般的に、電子ディスプレイは、アクティブディスプレイ（すなわち、光を放射するディスプレイ）またはパッシブディスプレイ（すなわち、別の供給源によって提供される光を変調させるディスプレイ）のいずれかとして選別され得る。アクティブディスプレイの最も明らかな例には、ＣＲＴ、ＰＤＰ、およびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放射される光を考慮したときに典型的にパッシブとして分類されるディスプレイは、ＬＣＤおよびＥＰディスプレイである。パッシブディスプレイは、それに限定されないが、本質的に消費電力が低いことを含めて、魅力的な性能性質を示すことが多いが、光を放射する能力がないことを考慮すると、多くの実用的な用途においていくらか使用が制限される場合がある。
【０００４】
ヘッドアップディスプレイは、ヘッドアップディスプレイの後ろに（ｂｅｙｏｎｄ）物理的環境を見ながら同時に見られ得る様式で、イメージまたはより一般的には情報を表示する電子ディスプレイである。とりわけ、ヘッドアップディスプレイは、ヘッドアップディスプレイによって発生させられるイメージと物理的環境ビューとを重ね合わせる複合ビューを生成させる。そのうえ、ユーザーは、いわゆる「ヘッドアップ」構成で（たとえば、下方を見るか、または物理的環境ビューから視線を外す必要なしに）、ヘッドアップディスプレイを見ることが可能である。さまざまなヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイシステムが、多くの用途において、従来のディスプレイよりも没入型の経験を提供することが可能である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書で説明されている原理による例および実施形態のさまざまな特徴は、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明を参照して、より容易に理解され得、図面において、同様の参照番号は、同様の構造エレメントを指定している。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本明細書で説明されている原理の例による、特定の主極大角度方向を有する光ビームの角度成分｛θ，φ｝のグラフィッカルな図である
【図２】本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、ヘッドアップディスプレイのブロック図を一例として図示する図である。
【図３Ａ−Ｂ】［図３Ａ］本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイの断面図を一例として図示する図である。［図３Ｂ］本明細書で説明されている原理に一致する別の実施形態による、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイの断面図を一例として図示する図である。
【図３Ｃ】原理本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、マルチビーム回折格子の斜視図を一例として図示する図である。
【図４】本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、光学的コンバイナーの断面図を一例として図示する図である。
【図５】本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、自動車ヘッドアップディスプレイの概略ダイアグラムを一例として図示する図である。
【図６】本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、３次元の（３Ｄ）ヘッドアップディスプレイシステムのブロック図を一例として図示する図である。
【図７】本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、ヘッドアップディスプレイ動作の方法のフローチャートを一例として図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
特定の例および実施形態は、上記で参照されている図に図示されている特徴に加えて、または、その代わりに、他の特徴を有している。これらのおよび他の特徴は、上記で参照されている図を参照して下記に詳述されている。
【０００８】
本明細書で説明されている原理による実施形態および例は、ヘッドアップイメージディスプレイを提供する。とりわけ、本明細書で説明されている原理のさまざまな実施形態によれば、ヘッドアップディスプレイは、マルチビューディスプレイを用い、イメージの複数の異なるビューを作り出す。複数の異なるビューは、ヘッドアップ表示イメージが見られることとなるアイボックスの中へ投影またはマッピングされる。それに加えて、ヘッドアップディスプレイは、物理的環境のビューと異なるビューを含むイメージとの重ね合わせを提供する。さまざまな実施形態によれば、異なるビューは、３次元の（３Ｄ）イメージの異なる斜視的なビューを含むことが可能である。３Ｄイメージの異なる３Ｄビューは、たとえば、物理的環境の中の異なる見掛けの深さにおいて、ユーザーが３Ｄイメージの中のエレメントを知覚することを可能にすることができる。
【０００９】
さまざまな実施形態によれば、マルチビューディスプレイは、マルチビーム回折格子ベースのバックライトを含む。マルチビーム回折格子ベースのバックライトは、マルチビーム回折格子を使用して、ライトガイドからの光のマルチビーム回折カップリング（ｍｕｌｔｉｂｅａｍ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を用い、複数の異なるビューに対応する光ビームを作り出す。いくつかの実施形態では、異なるビューは、いくつかの実施形態によれば、マルチビーム回折格子ベースのバックライトに基づいて、３次元の（３Ｄ）電子ディスプレイ（たとえば、オートステレオスコピックまたは「メガネ不要の」３Ｄ電子ディスプレイ）によって作り出される異なるビューと実質的に同様であることが可能である。したがって、マルチビューディスプレイは、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイとも称され得る。
【００１０】
さまざまな実施形態によれば、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイは、マルチビーム回折格子のアレイを有している。マルチビーム回折格子は、ライトガイドからの光をカップリングするために使用され、また、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイのピクセルに対応する、または、同等には、表示イメージの異なるビューのピクセルに対応する、カップリングして外へ出された（ｃｏｕｐｌｅｄ−ｏｕｔ）光ビームを提供するために使用される。とりわけ、さまざまな実施形態によれば、カップリングして外へ出された光ビームは、互いに異なる主極大角度方向を有している（本明細書において、単に議論を簡単にするために、「異なって方向付けされている」とも称される）。さらに、いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子によって作り出されるこれらの異なって方向付けされた光ビームは、変調され、また、表示イメージの異なるビューに対応するピクセルとしての役割を果たすことが可能である。
【００１１】
本明細書で、「イメージ」は、文字（text）およびイラスト（illustration）のうちの一方または両方の形態の情報として定義される。そのうえ、「ライトガイド」は、内部全反射を使用して構造体の中で光をガイドする構造体として定義される。とりわけ、ライトガイドは、ライトガイドの動作波長において実質的に透明なコアを含むことが可能である。「ライトガイド」という用語は、一般的に、ライトガイドの誘電体材料とライトガイドを取り囲む材料または媒体との間の境界面において光をするために内部全反射を用いる誘電体光導波路を表している。定義によれば、内部全反射のための条件は、ライトガイドの屈折率が、ライトガイド材料の表面に隣接する周囲の媒体の屈折率よりも大きいということである。いくつかの実施形態では、ライトガイドは、内部全反射をさらに促進させるために、上述の屈折率の差に加えて、または、その代わりに、コーティングを含むことが可能である。コーティングは、たとえば、反射コーティングであることが可能である。ライトガイドは、それに限定されないが、平板またはスラブガイドおよびストリップガイドのうちの一方または両方を含む、いくつかのライトガイドのうちの任意のものであることが可能である。
【００１２】
さらに本明細書において、「平板」という用語は、「平板ライトガイド」のようにライトガイドに対して適用されるときに、区分的に（ｐｉｅｃｅ−ｗｉｓｅ）または個別的に（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ）平面的な層またはシートとして定義され、それは、「スラブ」ガイドと称される場合がある。とりわけ、平板ライトガイドは、ライトガイドの上部表面および底部表面（すなわち、対向する表面）によって境界を示される２つの実質的に直交する方向に光をガイドするように構成されたライトガイドとして定義される。さらに、本明細書での定義によれば、上部表面および底部表面は、両方とも互いから分離されており、また、少なくとも個別的な意味で、実質的に互いに平行であることが可能である。すなわち、平板ライトガイドの任意の個別的に小さい領域の中で、上部表面および底部表面は、実質的に平行であるかまたは同一平面的になっている。
【００１３】
いくつかの実施形態では、平板ライトガイドは、実質的に平坦であることが可能であり（すなわち、平面に制限される）、したがって、平板ライトガイドは、平面的なライトガイドである。他の実施形態では、平板ライトガイドは、１つまたは２つの直交する次元で湾曲していることが可能である。たとえば、平板ライトガイドは、円筒形状の平板ライトガイドを形成するように、単一の次元で湾曲していることが可能である。しかし、任意の曲率は、光をガイドするために平板ライトガイドの中で内部全反射が維持されることを確実にするように、十分に大きい曲率の半径を有している。
【００１４】
本明細書において、「回折格子」、および、より具体的には「マルチビーム回折格子」は、一般的に、回折格子に入射する光の回折を提供するように配置されている複数のフィーチャー（すなわち、回折フィーチャー）として定義される。いくつかの例では、複数のフィーチャーは、周期的なまたは準周期的な様式で配置され得る。たとえば、回折格子の複数のフィーチャー（たとえば、材料表面の中の複数の溝部）は、１次元の（１Ｄ）アレイで配置され得る。他の例では、回折格子は、フィーチャーの２次元の（２Ｄ）アレイであることが可能である。回折格子は、たとえば、材料表面の突起または孔部の２Ｄアレイであることが可能である。
【００１５】
したがって、また本明細書での定義によれば、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折を提供する構造体である。光がライトガイドから回折格子に入射する場合に、提供される回折または回折散乱は、回折格子が光を回折によりカップリングしてライトガイドから外へ出すことが可能であるという点において、「回折カップリング」を結果として生じさせ、したがって、「回折カップリング」と称され得る。また、回折格子は、回折によって光の角度を再方向付けするかまたは変化させる（すなわち、回折角度に）。とりわけ、回折の結果として、回折格子を出ていく光（すなわち、回折された光）は、一般的に、回折格子に入射する光（すなわち、入射光）の伝播方向とは異なる伝播方向を有している。本明細書において、回折による光の伝播方向の変化は、「回折的な再方向付け（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）」と称される。したがって、回折格子は、回折格子に入射する光を回折により再方向付けする回折フィーチャーを含む構造体であると理解され得、また、光がライトガイドから入射する場合には、回折格子は、また、ライトガイドからの光を回折によりカップリングして外へ出すことが可能である。
【００１６】
さらに、本明細書での定義によれば、回折格子のフィーチャーは、「回折フィーチャー」と称され、表面（すなわち、ここで、「表面」は、２つの材料の間の境界を表す）に、表面の中、および、表面の上のうちの１つまたは複数にあることが可能である。表面は、平板ライトガイドの表面であることが可能である。回折フィーチャーはそれに限定されないが、溝部、リッジ部、孔部、および突起のうちの１つまたは複数を含む、光を回折させるさまざまな構造体のうちの任意のものを含むことが可能であり、これらの構造体は、表面に、表面の中、および、表面の上のうちの１つまたは複数にあることが可能である。たとえば、回折格子は、材料表面の中に複数の平行な溝部を含むことが可能である。別の例では、回折格子は、材料表面から隆起する複数の平行なリッジ部を含むことが可能である。回折フィーチャー（溝部、リッジ部、孔部、突起などであるかを問わず）は、それに限定されないが、正弦波プロファイル、長方形プロファイル（たとえば、バイナリー回折格子）、三角形プロファイル、および鋸歯形プロファイル（たとえば、ブレーズド格子）のうちの１つまたは複数を含む、回折を提供するさまざまな断面形状またはプロファイルのうちの任意のものを有することが可能である。
【００１７】
本明細書での定義によれば、「マルチビーム回折格子」は、複数の光ビームを含む、カップリングして外へ出された光を作り出す回折格子である。さらに、マルチビーム回折格子によって作り出される複数の光ビームのうちの光ビーム（複数）は、本明細書での定義によれば、互いに異なる主極大角度方向を有している。とりわけ、定義によれば、複数の光ビームのうちの光ビーム（単数）は、マルチビーム回折格子による入射光の回折カップリングおよび回折的な再方向付けの結果として、複数の光ビームのうちの別の光ビーム（単数）とは異なる所定の主極大角度方向を有している。複数の光ビームは、ライトフィールドを表すことが可能である。たとえば、複数の光ビームは、８つの異なる主極大角度方向を有する８つの光ビームを含むことが可能である。たとえば、組み合わせられた８つの光ビーム（すなわち、複数の光ビーム）は、ライトフィールドを表すことが可能である。さまざまな実施形態によれば、さまざまな光ビームの異なる主極大角度方向は、マルチビーム回折格子に入射する光の伝播方向に対して、それぞれの光ビームの原点において、マルチビーム回折格子の回折フィーチャーの格子ピッチまたは間隔と配向または回転との組み合わせによって決定される。
【００１８】
とりわけ、マルチビーム回折格子によって作り出される光ビームは、本明細書での定義によれば、角度成分｛θ，φ｝によって与えられる主極大角度方向を有している。角度成分θは、本明細書において、光ビームの「仰角成分」または「仰角」と称されている。角度成分φは、光ビームの「方位角成分」または「方位角」と称されている。定義によれば、仰角θは、垂直方向の平面（たとえば、マルチビーム回折格子の平面に対して垂直である）の中の角度であり、一方、方位角φは、水平方向の平面（たとえば、マルチビーム回折格子平面に対して平行である）の中の角度である。図１は、本明細書で説明されている原理の例による、特定の主極大角度方向を有する光ビーム１０の角度成分｛θ，φ｝を図示している。それに加えて、光ビーム１０は、本明細書での定義によれば、特定のポイントから放射されるかまたは発生する。すなわち、定義によれば、光ビーム１０は、マルチビーム回折格子の中の特定の原点に関連付けられた中心光線を有している。また、図１は、光ビーム原点Ｏを図示している。例示的な入射光の伝播方向は、原点Ｏに向けて方向付けされた太字の矢印１２を使用して、図１に図示されている。
【００１９】
さまざまな実施形態によれば、マルチビーム回折格子およびそのフィーチャー（すなわち、回折フィーチャー）の性質は、光ビームの１つまたは複数に対して、光ビームの角度方向性、および、マルチビーム回折格子の波長またはカラーの選択性のうちの一方または両方を制御するために使用され得る。角度方向性および波長選択性を制御するために使用され得る性質は、それに限定されないが、格子長さ、格子ピッチ（フィーチャー間隔）、フィーチャーの形状、フィーチャーのサイズ（たとえば、溝部幅またはリッジ部幅）、および、格子の配向のうちの１つまたは複数を含む。いくつかの例では、制御するために使用されるさまざまな性質は、光ビームの原点の付近に局所的である性質であることが可能である。
【００２０】
さらに、本明細書で説明されているさまざまな実施形態によれば、回折格子（たとえば、マルチビーム回折格子）によってカップリングしてライトガイドから外へ出された光は、電子ディスプレイのピクセルを表している。とりわけ、異なる主極大角度方向を有する複数の光ビームのうちの光ビーム（複数）を作り出すためのマルチビーム回折格子を有するライトガイドは、それに限定されないが、マルチビューディスプレイ、「メガネ不要の」３次元の（３Ｄ）電子ディスプレイ（「ホログラフィック」電子ディスプレイまたはオートステレオスコピックディスプレイとも称される）などのような、電子ディスプレイのバックライトの一部であるか、または、電子ディスプレイと併せて使用されるバックライトの一部であることが可能である。したがって、ライトガイドからの導波光をマルチビーム回折格子を使用してカップリングして外へ出すことによって作り出される、異なって方向付けされた光ビームは、表示されているイメージ（たとえば、３Ｄイメージ）の異なるビューであるか、または、それを表すことが可能である。さらに、異なって方向付けされた光ビームは、異なるイメージビューの異なるビュー角度に対応する方向を有している。
【００２１】
本明細書において、「コリメーター」は、光をコリメートするように構成されている実質的に任意の光学的なデバイスまたは装置として定義される。たとえば、コリメーターは、それに限定されないが、コリメーティングミラーまたは反射体、コリメーティングレンズ、および、それらのさまざまな組み合わせを含むことが可能である。いくつかの実施形態では、コリメーティング反射体を含むコリメーターは、放物線湾曲または形状によって特徴付けられる反射表面を有することが可能である。別の例では、コリメーティング反射体は、成形された放物線反射体を含むことが可能である。「成形された放物線」によって、成形された放物線反射体の湾曲した反射表面は、所定の反射性質（たとえば、コリメーションの程度）を実現するように決定される様式で、「真の」放物線湾曲から逸脱しているということを意味している。同様に、コリメーティングレンズは、球形に形状決めされた表面（たとえば、両凸の球形のレンズ）を含むことが可能である。
【００２２】
いくつかの実施形態では、コリメーターは、連続的な反射体または連続的なレンズ（すなわち、実質的に滑らかな連続的な表面を有する反射体またはレンズ）であることが可能である。他の実施形態では、コリメーティング反射体またはコリメーティングレンズは、それに限定されないが、光コリメーションを提供するフレネル反射体またはフレネルレンズなどのような、実質的に非連続的な表面を含むことが可能である。さまざまな実施形態によれば、コリメーターによって提供されるコリメーションの量は、１つの実施形態から別の実施形態へ、所定の程度または量で変化することが可能である。さらに、コリメーターは、２つの直交する方向（たとえば、垂直方向および水平方向）のうちの一方または両方にコリメーションを提供するように構成され得る。すなわち、コリメーターは、いくつかの実施形態によれば、光コリメーションを提供する２つの直交する方向のうちの一方または両方に所定の形状を含むことが可能である。
【００２３】
本明細書において、「光源」は、光の供給源（たとえば、光を放射する装置またはデバイス）として定義される。たとえば、光源は、活性化されるときに光放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）であることが可能である。光源は、それに限定されないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマベースの光学的なエミッター、蛍光ランプ、白熱ランプ、および、事実上任意の他の光の供給源のうちの１つまたは複数を含む、実質的に任意の光の供給源または光学的なエミッターであることが可能である。光源によって作り出される光は、カラーを有することが可能であり、または、光の特定の波長を含むことが可能である。したがって、「異なるカラーの複数の光源」は、本明細書において、光源の少なくとも１つが、複数の光源のうちの少なくとも１つの他の光源によって作り出される光のカラーまたは波長とは異なる、カラーまたは同等には波長を有する光を作り出す、光源のセットまたはグループとして明示的に定義される。そのうえ、「異なるカラーの複数の光源」は、複数の光源のうちの少なくとも２つの光源が異なるカラー光源である限りにおいて（すなわち、少なくとも２つの光源が、異なる光のカラーを作り出す）、同じまたは実質的に同様のカラーの２つ以上の光源を含むことが可能である。したがって、本明細書での定義によれば、異なるカラーの複数の光源は、光の第１のカラーを作り出す第１の光源、および、光の第２のカラーを作り出す第２の光源を含むことが可能であり、第２のカラーは、第１のカラーとは異なっている。
【００２４】
本明細書において用いられているような「遠近調整」という用語は、眼の屈折力を変化させることによって、物体またはイメージエレメントに焦点を合わせるプロセスを表している。換言すれば、遠近調整は、焦点を合わせる眼の能力である。本明細書において、「遠近調整範囲」または同等には「遠近調整距離」は、焦点合わせが実現され得る、眼からの距離の範囲として定義される。遠近調整範囲は、個人ごとに変化し得るが、本明細書において、約２５センチメートル（ｃｍ）の最小「通常」遠近調整距離が、たとえば、簡単化として、および、限定としてではなく、仮定される。したがって、いわゆる「通常」遠近調整範囲の中にあることとなる物体に関して、物体は、一般的に、眼から約２５ｃｍよりも大きい場所に位置付けされているということが理解される。
【００２５】
本明細書において、「アイボックス」は、ディスプレイまたは他の光学的なシステム（たとえば、レンズシステム）によって形成されるイメージがその中に見られ得る、領域または空間の体積として定義される。換言すれば、アイボックスは、ディスプレイシステムによって作り出されるイメージを見るためにユーザーの眼が設置され得る空間の中の場所を画定している。いくつかの実施形態では、アイボックスは、空間の２次元の領域（たとえば、長さおよび幅を有するが、実質的な深さを有さない領域）を表すことが可能であり、一方、他の実施形態では、アイボックスは、空間の３次元の領域（たとえば、長さ、幅、および深さを有する領域）を含むことが可能である。さらに、「ボックス」と称されているが、アイボックスは、形状が長方形であるボックスに限定されなくてもよい。たとえば、アイボックスは、いくつかの実施形態では、円筒形状の空間の領域を含むことが可能である。
【００２６】
さらに、本明細書で使用されているように、冠詞「１つの（ａ）」は、特許技術におけるその通常の意味（すなわち、「１つまたは複数の」）を有することが意図されている。本明細書において、たとえば、「１つの格子（ａ  ｇｒａｔｉｎｇ）」は、１つまたは複数の格子を意味しており、したがって、「その格子（ｔｈｅ  ｇｒａｔｉｎｇ）」は、「その１つまたは複数の格子（ｔｈｅ  ｇｒａｔｉｎｇ（ｓ））」を意味している。また、本明細書において、「上部」、「底部」、「上側」、「下側」、「上」、「下」、「前方」、「後方」、「第１の」、「第２の」、「左」、または「右」に対する任意の参照は、本明細書における限定であることは意図されていない。本明細書において、「約」という用語は、値に適用されるときには、一般的に、その値を作り出すために使用される機器の許容差範囲内を意味しており、または、別段の定めがない限り、±１０％、または±５％、または±１％を意味することが可能である。さらに、本明細書で使用されているように、「実質的に」という用語は、大部分、またはほとんどすべて、またはすべて、または約５１％から約１００％の範囲の中の量を意味している。そのうえ、本明細書における例は、単に例示目的のものに過ぎないということが意図されており、議論目的のために提示されており、限定として提示されてはいない。
【００２７】
本明細書で説明されている原理のいくつかの実施形態によれば、ヘッドアップディスプレイが提供される。図２は、本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、ヘッドアップディスプレイ１００のブロック図を一例として図示している。ヘッドアップディスプレイ１００は、ヘッドアップディスプレイ１００のアイボックス１０２において、イメージ（すなわち、表示イメージ）を提供するように構成されている。とりわけ、ヘッドアップディスプレイ１００は、表示イメージの複数の異なるビュー１０４を提供するように構成され得る。
【００２８】
いくつかの実施形態では、異なるビュー１０４は、アイボックス１０２の中の異なる場所に提供され得る。さまざまな実施形態によれば、アイボックス１０２の中の異なる場所に提供される異なるビュー１０４は、ヘッドアップディスプレイ１００のユーザーに焦点深さキュー（ｆｏｃｕｓ  ｄｅｐｔｈ  ｃｕｅｓ）を付与するように構成されている。焦点深さキューは、たとえば、焦点深さキューに基づいて、ユーザーが表示イメージの中の深さまたは距離を知覚することを可能にすることができる。ヘッドアップディスプレイ１００によってユーザーに付与される焦点深さキューは、それに限定されないが、遠近調整および網膜上のぼやけ（ｒｅｔｉｎａｌ  ｂｌｕｒｒｉｎｇ）を含むことが可能である。
【００２９】
図２に図示されているように、ヘッドアップディスプレイ１００は、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０を含む。マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０は、表示イメージの複数の異なるビュー１０４を提供するように構成されている。さまざまな実施形態によれば、実質的に任意の数の異なるビューが、複数の異なるビュー１０４として提供され得る。たとえば、表示イメージの複数の異なるビュー１０４は、２つの、３つの、４つの、５つの、６つの、７つの、８つの、または、それ以上の異なるビューを含むことが可能である。他の例では、表示イメージの複数の異なるビュー１０４は、最大で、それに限定されないが、１６個の、３２個の、６４個の、１２８個の、または２５６個の異なるビューを含む、比較的に大きい数の異なるビューを含む。いくつかの実施形態では、複数の異なるビュー１０４は、少なくとも４つの異なるビューを含む。
【００３０】
いくつかの実施形態では、ヘッドアップディスプレイ１００によって提供されるまたは表示されるイメージは、３次元の（３Ｄ）イメージまたはその一部分を含む。たとえば、表示イメージは、完全な３Ｄイメージまたは「マルチビュー」イメージであることが可能である。別の例では、表示イメージは、２Ｄイメージ部分とともに３Ｄイメージ部分を含むことが可能である。表示イメージが３Ｄイメージを含むときに、複数の異なるビュー１０４は、３Ｄイメージの異なる斜視図（すなわち、「３Ｄビュー」）を表すことが可能である。本明細書で説明されている原理によれば、異なるビュー（たとえば、３Ｄビュー）は、たとえば、網膜上のぼやけおよび遠近調整のうちの一方または両方によって、表示イメージの中のユーザーの奥行きの知覚を強化することが可能である。そのうえ、ヘッドアップディスプレイ１００は、いくつかの実施形態によれば、オートステレオスコピックディスプレイもしくは「ホログラフィック」ディスプレイ（すなわち、いわゆる「メガネ不要の」３Ｄディスプレイ）であるか、または、オートステレオスコピックディスプレイもしくは「ホログラフィック」ディスプレイとして機能することが可能である。
【００３１】
いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０は、平板ライトガイドを含み、平板ライトガイドは、コリメートされた光ビームを非ゼロの伝播角度でガイドするように構成されている。いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０は、平板ライトガイドの表面において、または、平板ライトガイドの表面に隣接して、マルチビーム回折格子のアレイをさらに含む。さまざまな実施形態によれば、アレイのマルチビーム回折格子は、イメージの複数の異なるビュー１０４のビュー方向に対応する異なる主極大角度方向を有する、複数のカップリングして外へ出た光ビームとして、コリメートされた導波光ビームの一部分を回折によりカップリングして外へ出すように構成されている。
【００３２】
図３Ａは、本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０の断面図を一例として図示している。図３Ｂは、本明細書で説明されている原理に一致する別の実施形態による、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０の断面図を一例として図示している。さまざまな実施形態によれば、図３Ａ〜図３Ｂに図示されているマルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０は、「方向性の」光、すなわち、異なる主極大角度方向を有する光ビームまたは光線を含む光を作り出すように構成されている。
【００３３】
たとえば、図３Ａ〜図３Ｂに図示されているように、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０は、異なる所定の主極大角度方向に（たとえば、ライトフィールドとして）マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０から外へ離れるように方向付けされた矢印として図示されている複数の光ビームを提供するかまたは発生させるように構成されている。そして、上記複数の光ビームのうちの光ビーム（複数）は、下記に説明されているように変調され、情報の表示、すなわち、イメージ（たとえば、表示イメージ）の異なるビューの表示を促進させることが可能である。いくつかの実施形態では、異なる所定の主極大角度方向を有する光ビームが、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０によって表示される３Ｄイメージの複数の３Ｄビューを形成する。さらに、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０は、いくつかの実施形態によれば、いわゆる「メガネ不要の」３Ｄ電子ディスプレイ（たとえば、マルチビューディスプレイ、「ホログラフィック」ディスプレイ、またはオートステレオスコピックディスプレイ）であることが可能である。とりわけ、ヘッドアップディスプレイ１００に関して、異なる所定の主極大角度方向が、表示イメージの複数の異なるビュー（たとえば、図２に図示されている異なるビュー１０４）を形成する。
【００３４】
図３Ａおよび図３Ｂに図示されているように、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０は、平板ライトガイド１１２を含む。平板ライトガイド１１２は、導波光ビーム（さらに下記に説明されているように、平板ライトガイド１１２の中を伝播する拡張された矢印として図示されている）として光をガイドするように構成されている。たとえば、平板ライトガイド１１２は、光導波路として構成されている誘電体材料を含むことが可能である。誘電体材料は、第１の屈折率を有することが可能であり、第１の屈折率は、誘電体光導波路を取り囲む媒体の第２の屈折率よりも大きい。屈折率の差は、たとえば、平板ライトガイド１１２の１つまたは複数の導波モードにしたがって、導波光の内部全反射を促進させるように構成されている。
【００３５】
さまざまな実施形態によれば、光は、平板ライトガイド１１２によって、平板ライトガイド１１２の長さに沿ってガイドされる。さらに、平板ライトガイド１１２は、導波光ビームとして、非ゼロの伝播角度で、光をガイドするように構成されている。導波光ビームは、たとえば、内部全反射を使用して、非ゼロの伝播角度で、平板ライトガイド１１２の中をガイドされ得る。とりわけ、導波光ビームは、平板ライトガイド１１２の上部表面と底部表面との間で非ゼロの伝播角度で反射または「跳ね返る（ｂｏｕｎｃｉｎｇ）」ことによって伝播する（たとえば、導波光ビームの光線を表す拡張された角度付きの矢印によって図示されている）。
【００３６】
本明細書で定義されているように、「非ゼロの伝播角度」は、平板ライトガイド１１２の表面（たとえば、上部表面または底部表面）に対する角度である。さらに、非ゼロの伝播角度は、さまざまな実施形態によれば、ゼロよりも大きく、平板ライトガイドの中の内部全反射の臨界角よりも小さくなっている。たとえば、導波光ビームの非ゼロの伝播角度は、約１０度から約５０度の間にあることが可能であり、または、いくつかの例では、約２０度から約４０度の間にあり、または、約２５度から約３５度の間にあることが可能である。たとえば、非ゼロの伝播角度は、約３０度であることが可能である。他の例では、非ゼロの伝播角度は、約２０度、または約２５度、または約３５度であることが可能である。
【００３７】
平板ライトガイド１１２の中を導波光ビームとしてガイドされる光は、非ゼロの伝播角度（たとえば、約３０〜３５度）で、平板ライトガイド１１２の中へ導入またはカップリングされ得る。レンズ、ミラー、または同様の反射体（たとえば、傾斜したコリメーティング反射体）、およびプリズム（図示せず）のうちの１つまたは複数が、たとえば、非ゼロの伝播角度で、光のビームとして、平板ライトガイド１１２の入力端部の中へ光をカップリングして入れることを促進させることが可能である。平板ライトガイド１１２の中へカップリングして入れられると、導波光ビームは、入力端部から概して離れる方向に平板ライトガイド１１２に沿って伝播する（たとえば、図３Ａ〜図３Ｂの中のｘ軸線に沿って指し示す太字の矢印によって図示されている）。
【００３８】
さらに、平板ライトガイド１１２の中へ光をカップリングして入れることによって作り出される導波光ビームは、さまざまな実施形態によれば、コリメートされた光ビームであることが可能である。とりわけ、「コリメートされた光ビーム」によって、導波光ビームの中の光線が導波光ビームの中で互いに実質的に平行であるということを意味している。導波光ビームのコリメートされた光ビームから発散または散乱する光線は、本明細書での定義によれば、コリメートされた光ビームの一部であるとは考えられない。コリメートされた導波光ビームを作り出すための光のコリメーションは、それに限定されないが、平板ライトガイド１１２の中へ光をカップリングして入れるために使用される、上記に説明されているレンズまたはミラー（たとえば、傾斜したコリメーティング反射体など）を含む、コリメーターによって提供され得る。
【００３９】
いくつかの実施形態では、平板ライトガイド１１２は、光学的に透明な誘電体材料の拡張された実質的に平面的なシートを含む、スラブまたは平板光導波路であることが可能である。誘電体材料の実質的に平面的なシートは、内部全反射を用いて導波光ビームをガイドするように構成されている。さまざまな実施形態によれば、平板ライトガイド１１２の光学的に透明な材料は、それに限定されないが、さまざまなタイプのガラス（たとえば、シリカガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラスなど）および実質的に光学的に透明なプラスチックまたはポリマー（たとえば、ポリ（メチルメタクリレート）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）のうちの１つまたは複数を含む、さまざまな誘電体材料のうちの任意のものを含んでもよく、または、それらから構成されてもよい。いくつかの実施形態では、平板ライトガイド１１２は、平板ライトガイド１１２の表面（たとえば、上部表面および底部表面のうちの一方または両方）の少なくとも一部分の上にクラッド層をさらに含むことが可能である（図示せず）。いくつかの例によれば、クラッド層が、内部全反射をさらに促進させるために使用され得る。
【００４０】
図３Ａおよび図３Ｂでは、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０は、マルチビーム回折格子１１４のアレイをさらに含む。図３Ａ〜図３Ｂに図示されているように、マルチビーム回折格子１１４は、平板ライトガイド１１２の表面（たとえば、上部表面または前面）に位置付けされている。他の例では（図示せず）、マルチビーム回折格子１１４のうちの１つまたは複数は、平板ライトガイド１１２の中に位置付けされ得る。さらなる他の例では（図示せず）、マルチビーム回折格子１１２のうちの１つまたは複数は、平板ライトガイド１１２の底部表面または裏面にまたはその上に位置付けされ得る（すなわち、マルチビーム回折格子１１４とともに図示されている表面とは反対側の表面）。組み合わせて、平板ライトガイド１１２、および、マルチビーム回折格子１１４のアレイは、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０のマルチビーム回折格子ベースのバックライトを提供するか、または、それとしての役割を果たしている。
【００４１】
さまざまな実施形態によれば、アレイのマルチビーム回折格子１１４は、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０の異なるビューに対応する異なる主極大角度方向を有する複数の光ビームとして、導波光ビームの一部分を散乱させるか、または、回折によりカップリングして外へ出すように構成されている。たとえば、導波光ビームの一部分は、マルチビーム回折格子１１４によって、平板ライトガイド表面を通して（たとえば、平板ライトガイド１１２の上部表面を通して）、回折によりカップリングして外へ出され得る。さらに、マルチビーム回折格子１１４は、カップリングして外へ出された光ビームとして、導波光ビームの一部分を回折によりカップリングして外へ出すように構成されており、また、カップリングして外へ出された光ビームを平板ライトガイド表面から離れるように回折により再方向付けするように構成されている。上記に議論されているように、上記複数のうちのカップリングして外へ出された光ビーム（複数）の各々は、マルチビーム回折格子１１４の回折フィーチャーの性質によって決定される異なる所定の主極大角度方向を有することが可能である。
【００４２】
とりわけ、アレイのマルチビーム回折格子１１４は、回折を提供する複数の回折フィーチャーを含む。提供される回折は、平板ライトガイド１１２から外への導波光ビームの一部分の回折カップリングの原因となる。たとえば、マルチビーム回折格子１１４は、回折フィーチャーとしての役割を果たす平板ライトガイド１１２の表面の中の溝部、および、平板ライトガイド表面から突出するリッジ部のうちの一方または両方を含むことが可能である。溝部およびリッジ部は、互いに平行に配置され得り、また、回折フィーチャーに沿った少なくともいくつかのポイントにおいて、溝部およびリッジ部は、回折格子１１４によってカップリングして外へ出されることとなる導波光ビームの伝播方向に対して垂直になっている。
【００４３】
いくつかの例では、溝部またはリッジ部は、平板ライトガイド表面の中へエッチング、ミリング、またはモールドされ得る。したがって、マルチビーム回折格子１１４の材料は、平板ライトガイド１１２の材料を含むことが可能である。図３Ａに図示されているように、たとえば、マルチビーム回折格子１１４は、平板ライトガイド１１２の表面を貫通する実質的に平行な溝部を含む。図３Ｂでは、マルチビーム回折格子１１４は、平板ライトガイド１１２の表面から突出する実質的に平行なリッジ部を含む。他の例では（図示せず）、マルチビーム回折格子１１４は、平板ライトガイド表面に塗布または貼付されたフィルムまたは層を含むことが可能である。
【００４４】
いくつかの実施形態によれば、マルチビーム回折格子１１４は、チャープ型（ｃｈｉｒｐｅｄ）回折格子であるか、または、チャープ型回折格子を含むことが可能である。定義によれば、「チャープ型」回折格子は、たとえば、図３Ａ〜図３Ｂに図示されているように、チャープ型回折格子の範囲または長さにわたって変化する回折フィーチャーの回折間隔（すなわち、回折ピッチ）を示すかまたは有する回折格子である。本明細書では、変化する回折間隔は、「チャープ」と定義されて称される。チャープの結果として、平板ライトガイド１１２から回折によりカップリングして外へ出された導波光ビームの一部分は、マルチビーム回折格子１１４のチャープ型回折格子にわたる異なる原点に対応する異なる回折角度でカップリングして外へ出された光ビームとして、チャープ型回折格子を出て行くか、または、チャープ型回折格子から放出される。所定のチャープのおかげで、チャープ型回折格子は、複数の光ビームのカップリングして外へ出された光ビームの所定のおよび異なる主極大角度方向の原因となる。
【００４５】
いくつかの例では、マルチビーム回折格子１１４のチャープ型回折格子は、距離とともに線形に変化する回折間隔のチャープを有するかまたは示すことが可能である。したがって、チャープ型回折格子は、定義によれば、「線形チャープ型」回折格子である。図３Ａ〜図３Ｂは、例として、および、限定としてではなく、線形チャープ型回折格子としてマルチビーム回折格子１１４を図示している。とりわけ、図示されているように、回折フィーチャーは、マルチビーム回折格子１１４の第２の端部において、第１の端部においてよりも互いに近くにある。さらに、図示されている回折フィーチャーの回折間隔は、図示されているように、第１の端部から第２の端部へ線形に変化する。
【００４６】
別の例では（図示せず）、マルチビーム回折格子１１４のチャープ型回折格子は、回折間隔の非線形チャープを示すことが可能である。マルチビーム回折格子１１４を実現化するために使用され得るさまざまな非線形チャープは、それに限定されないが、指数関数チャープ、対数チャープ、または、別の実質的に不均一なまたはランダムであるが依然として単調な様式で変化するチャープを含む。また、それに限定されないが、正弦波チャープ、または、三角形もしくは鋸歯形のチャープなどのような、非単調なチャープが用いられ得る。また、これらのタイプのチャープの任意のものの組み合わせが用いられ得る。
【００４７】
いくつかの実施形態によれば、マルチビーム回折格子１１４は、湾曲およびチャープうちの一方または両方をしている回折フィーチャーを含むことが可能である。図３Ｃは、本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、マルチビーム回折格子１１４の斜視図を一例として図示している。図３Ｃに図示されているように、マルチビーム回折格子１１４は、平板ライトガイド１１２の表面の中にあるか、その表面にあるか、または、その表面の上にある。さらに、図示されているマルチビーム回折格子１１４は、湾曲およびチャープの両方をしている回折フィーチャーを含む（すなわち、図３Ｃのマルチビーム回折格子１１４は、湾曲したチャープ型回折格子である）。
【００４８】
図３Ｃに図示されているように、導波光ビームは、マルチビーム回折格子１１４の第１の端部において太字の矢印として図示されている、マルチビーム回折格子１１４に対する入射方向を有している。また、平板ライトガイド１１２の表面においてマルチビーム回折格子１１４から離れる方を指し示す矢印によって図示されている、複数のカップリングして外へ出されたまたは放射された光ビームが図示されている。光ビームは、複数の所定の異なる主極大角度方向に放射されている。とりわけ、放射された光ビームの所定の異なる主極大角度方向は、図示されているように、方位角および仰角の両方において、互いに異なっている。さまざまな例によれば、回折フィーチャーの所定のチャープ、および、回折フィーチャーの湾曲の両方が、放射される光ビームの所定の異なる主極大角度方向の原因となる。
【００４９】
とりわけ、回折フィーチャーの湾曲に沿った異なるポイントにおいて、湾曲した回折フィーチャーに関連付けられたマルチビーム回折格子１１４の「下層の回折格子」は、異なる方位配向角度を有している。「下層の回折格子」によって、重ね合わせによって、マルチビーム回折格子１１４の湾曲した回折フィーチャーを生み出す、複数の湾曲していない回折格子の回折格子を意味している。湾曲した回折フィーチャーに沿った所与のポイントにおいて、湾曲は、湾曲した回折フィーチャーに沿った別のポイントにおける方位配向角度とは一般的に異なる特定の方位配向角度を有している。さらに、特定の方位配向角度は、所与のポイントにおいて放射された光ビームの主極大角度方向の対応する方位角成分を結果として生じさせる。いくつかの例では、回折フィーチャー（たとえば、溝部、リッジ部など）の湾曲は、円形のセクションを表すことが可能である。円形は、ライトガイド表面と同一平面上にあることが可能である。他の例では、湾曲は、たとえば、ライトガイド表面と同一平面上にある、楕円または別の湾曲した形状のセクションを表すことが可能である。
【００５０】
いくつかの実施形態によれば、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０は、ライトバルブのアレイ、または、ライトバルブアレイ１１６をさらに含む。ライトバルブアレイ１１６は、表示イメージの異なるビューのピクセルに対応する複数のピクセル（すなわち、変調されたピクセル）として、カップリングして外へ出された光ビームを選択的に変調させるように構成され得る。たとえば、図３Ａ〜図３Ｂを参照すると、ライトバルブアレイ１１６は、平板ライトガイド表面に隣接して図示されている。さまざまな実施形態によれば、ライトバルブアレイ１１６は、表示イメージの異なるビューに対応する異なって方向付けされた光ビーム（すなわち、マルチビーム回折格子１１４からの異なる所定の主極大角度方向を有する複数の光ビーム）を変調させるように構成されている。とりわけ、上記複数の光ビームのうちの光ビーム（複数）は、ライトバルブアレイ１１６の個々のライトバルブを通過し、それによって変調される。変調された異なって方向付けされた光ビーム１０４は、さまざまな実施形態によれば、カップリングして外へ出された光ビームの異なる方向に応じて、表示イメージの異なるビューのピクセルを表すことが可能である。さまざまな実施形態では、それに限定されないが、液晶ライトバルブ、電気泳動ライトバルブ、および、エレクトロウェッティングに基づくライトバルブのうちの１つまたは複数を含む、異なるタイプのライトバルブが、ライトバルブアレイ１１６の中に用いられ得る。
【００５１】
いくつかの実施形態によれば（たとえば、図３Ａ〜図３Ｂに図示されているように）、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０は、光源１１８をさらに含むことが可能である。光源１１８は、コリメートされた光ビームを平板ライトガイド１１２に提供するように構成されている。とりわけ、光源１１８は、平板ライトガイド１１２のエントランス表面または端部（入力端部）に隣接して位置付けされ得る。さまざまな実施形態では、光源１１８は、それに限定されないが、１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザー（たとえば、レーザーダイオード）を含む、実質的に任意の光の供給源（たとえば、光学的なエミッター）を含むことが可能である。いくつかの実施形態では、光源１１８は、特定のカラーによって示される狭帯域スペクトルを有する実質的に単色の光を作り出すように構成されている光学的なエミッターを含むことが可能である。とりわけ、単色光のカラーは、特定のカラースペースまたはカラーモデル（たとえば、赤−緑−青（ＲＧＢ）カラーモデル）の主要カラーであることが可能である。いくつかの実施形態では、光源１１８は、異なる光のカラーを提供するように構成されている複数の異なる光学的なエミッターを含むことが可能である。異なる光学的なエミッターは、異なる光のカラーのそれぞれに対応するコリメートされた光ビームの異なるカラー特有の非ゼロの伝播角度を有する光を提供するように構成され得る。
【００５２】
いくつかの実施形態では、光源１１８は、コリメーター（図３Ａ〜図３Ｂの中の影付きの領域として図示されている）をさらに含むことが可能である。コリメーターは、光源１１８の光学的なエミッターのうちの１つまたは複数からの実質的にコリメートされていない光を受け入れるように構成され得る。コリメーターは、実質的にコリメートされていない光をコリメートされた光ビームへ変換するようにさらに構成されている。とりわけ、コリメーターは、いくつかの実施形態によれば、２つの実質的に直交する方向にコリメートされている、コリメートされた光ビームを提供することが可能である。そのうえ、異なるカラーの光学的なエミッターが用いられるときには、コリメーターは、異なるカラー特有の非ゼロの伝播角度を有するコリメートされた光ビームを提供するように構成され得る。コリメーターは、コリメートされた光ビームを平板ライトガイド１１２に連絡するようにさらに構成されており、上記に説明されているように、非ゼロの伝播角度を有するコリメートされた導波光ビームとして伝播させる。
【００５３】
再び図２を参照すると、ヘッドアップディスプレイ１００は、光学的コンバイナー１２０をさらに含む。さまざまな実施形態によれば、光学的コンバイナー１２０は、イメージの複数の異なるビュー１０４をヘッドアップディスプレイ１００のアイボックス１０２にリレーするように構成されている。光学的コンバイナー１２０は、さまざまな実施形態によれば、アイボックス１０２において、光学的コンバイナー１２０の後ろに物理的環境１０６のビュー（または、同等には「物理的環境ビュー」１０６）を提供するようにさらに構成されている。「の後ろに」によって、物理的環境のビューが、ユーザーの側から光学的コンバイナー１２０の反対側にある物理的環境の、ユーザーには見えるビューであるということを意味している。したがって、「光学的コンバイナー１２０の後ろの」物理的環境１０６のビューは、本明細書での定義によれば、光学的コンバイナー１２０を「通して見られる」ようなビューである。
【００５４】
図２は、例として、および、限定としてではなく、物理的環境１０６の表現として、円錐、長方形のボックス、および円柱を図示している。とりわけ、光学的コンバイナー１２０は、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０によって提供される表示イメージ（すなわち、複数の異なるビュー１０４を含む）と物理的環境ビュー１０６とを、複合ビュー１０８として組み合わせ、次いで、複合ビュー１０８をアイボックス１０２に提供するように構成されている。物理的環境ビュー１０６および表示イメージの複数の異なるビュー１０４の両方を含む複合ビュー１０８は、さまざまな実施形態によれば、ユーザーによってアイボックス１０２において見られ得る。複合ビュー１０８は、たとえば、物理的環境ビュー１０６と重ね合わせられた異なるビュー１０４を含む表示イメージのようにユーザーに見えることが可能である。
【００５５】
いくつかの実施形態によれば、光学的コンバイナー１２０は、部分的に反射する表面を含み、部分的に反射する表面は、イメージの複数の異なるビュー１０４をアイボックス１０２に向けて反射するように構成されている。さまざまな実施形態では、部分的に反射する表面は、入射光の部分的な反射を提供する実質的に任意の表面であることが可能である。たとえば、部分的に反射する表面は、半透明鏡、ビームスプリッター、または、その実質的に任意の均等物であることが可能である。別の例では、部分的に反射する表面は、空気または別の誘電体材料に隣接する実質的に透明な誘電体材料の表面（コーティングされているか、または、その他の方法）であることが可能である（すなわち、部分的に反射する表面は、表面における屈折率の変化によって提供され得る）。部分的に反射する表面は、光学的コンバイナー１２０の後ろに物理的環境１０６を見ることを可能にするかまたは促進させるようにさらに構成されている。したがって、また、部分的に反射する表面は、（たとえば、別の方向からの、たとえば、物理的環境１０６などからの）光に対して部分的に透明である。とりわけ、物理的環境１０６からの光の一部分は、さまざまな実施形態によれば、部分的に反射する表面を通過し、アイボックス１０２における複合ビュー１０８として、異なるビュー１０４を表す光と組み合わせることができる。他の実施形態では、光学的コンバイナー１２０は、それに限定されないが、導波路またはライトガイド光学的コンバイナーを含む、別のタイプの光学的コンバイナーであることが可能である。
【００５６】
図４は、本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、光学的コンバイナー１２０の断面図を一例として図示している。とりわけ、図４は、部分的に反射する表面１２２を含む光学的コンバイナー１２０を図示している。マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０（図４には図示されていない）から部分的に反射する表面１２２に入射し、また、表示イメージの異なるビュー１０４を表している、光１０４’は、部分的に反射する表面１２２から離れる方を指し示す矢印（すなわち、それは、アイボックス１０２（図４には図示されていない）の方を向いている）によって表される方向に、部分的に反射する表面１２２によって反射される。また、図示されているように、物理的環境のビュー（イメージを含む）を表す物理的環境１０６からの光１０６’が、部分的に反射する表面１２２を通過し、複合光１０８’として、反射された光１０４’と組み合わせられる。複合光１０８’は、複合ビュー１０８を形成する（たとえば、図２に図示されているように、アイボックス１０２において）。上述のように、複合ビュー１０８は、表示イメージの異なるビュー１０４および物理的環境ビュー１０６の重ね合わせである。
【００５７】
いくつかの実施形態では、光学的コンバイナー１２０は、それに限定されないが、自動車、レクリエーショナルビークル、ユーティリティービークル、軍用車両、航空機、宇宙船、または船舶、たとえば、船、ボートなどのような、車両のビューポート、ウィンドウ、またはウィンドシールドの一部分を含むことが可能である。とりわけ、車両が自動車である実施形態では、ヘッドアップディスプレイ１００は、自動車ヘッドアップディスプレイ１００と称され得る。本明細書において、「自動車」および「ウィンドシールド」は、議論を簡単にする目的のために用いられており、限定として用いられてはいない。いくつかの実施形態では、ウィンドシールドの部分は、ウィンドシールド自身の材料（たとえば、ウィンドシールドのガラス、アクリルガラス、ポリカーボネートなど）から作製され得る。他の実施形態では、ウィンドシールド部分は、ウィンドシールド材料の表面に塗布または貼付された層または材料フィルムであることが可能である。たとえば、部分的に反射する表面１２２を含む光学的コンバイナー１２０は、ウィンドシールド材料の表面の上に付着された部分的に反射する金属層（たとえば、アルミニウム、銀、金など）を含むことが可能である。別の例では、部分的に反射する表面１２２は、ウィンドシールド材料の表面に塗布された部分的に反射するフィルム（たとえば、部分的に金属化されたＭｙｌａｒ（登録商標）フィルム）であり、光学的コンバイナー１２０としての役割を果たすことが可能である。Ｍｙｌａｒ（登録商標）は、Ｄｕｐｏｎｔ  Ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ，ＵＳの登録商標である。
【００５８】
図５は、本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、自動車ヘッドアップディスプレイ１００の概略ダイアグラムを一例として図示している。自動車ヘッドアップディスプレイ１００は、イメージの異なるビュー１０４を発生させるように構成されているマルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０を含む。自動車ヘッドアップディスプレイ１００は、光学的コンバイナー１２０をさらに含む。図示されているように、光学的コンバイナー１２０は、部分的に反射する表面１２２としての役割を果たすか、または、部分的に反射する表面１２２を含む、自動車（図示せず）のウィンドシールド１２４の一部分を含む。異なるビュー１０４を表す光１０４’は、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１００から自動車ウィンドシールド１２４における光学的コンバイナー１２０へリレーされる。光１０４’は、光学的コンバイナー１２０によって、アイボックス１０２に向けて反射される。それに加えて、自動車の外側の物理的環境１０６からの光１０６’（すなわち、ウィンドシールドを通るビュー）は、アイボックス１０２における複合ビュー１０８として、光学的コンバイナー１２０によって反射された光１０４’と組み合わせられる。複合ビュー１０８は、ユーザーによって（たとえば、自動車のドライバーまたは乗客によって）、アイボックス１０２において見られ得る。複合ビュー１０８は、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１００からの異なるビュー１０４によって表されるイメージと重ね合わせられた物理的環境１０６からのビューを含む。
【００５９】
本明細書で説明されている原理のいくつかの実施形態によれば、３次元の（３Ｄ）ヘッドアップディスプレイシステムが提供される。図６は、本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、３次元の（３Ｄ）ヘッドアップディスプレイシステム２００のブロック図を一例として図示している。３Ｄヘッドアップディスプレイシステム２００は、ユーザーによって見るために、３Ｄイメージをアイボックス２０２に提供するように構成されている。さまざまな実施形態によれば、３Ｄイメージは、複数の異なる３Ｄビュー２０４（たとえば、異なる斜視的なビュー）を含む。さらに、３Ｄイメージは、物理的環境２０６（または、同等には「物理的環境ビュー」２０６）のビューとともに、複合ビュー２０８として、アイボックス２０２においてユーザーによって見られ得る。そのうえ、複合ビュー２０８は、さまざまな実施形態によれば、いわゆる「ヘッドアップ」様式でユーザーによって見られ得る。
【００６０】
図６に図示されているように、３Ｄヘッドアップディスプレイシステム２００は、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ２１０を含む。マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ２１０は、異なる３Ｄビュー２０４を含む３Ｄイメージを提供するように構成されている。とりわけ、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ２１０は、たとえば、３Ｄイメージを提供するように構成されている、マルチビューディスプレイまたはオートステレオスコピックディスプレイであることが可能である。いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ２１０は、ヘッドアップディスプレイ１００に関して上記に説明されているマルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０と実質的に同様であることが可能である。
【００６１】
とりわけ、および、図示されているように、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ２１０は、平板ライトガイド２１２を含む。平板ライトガイド２１２は、コリメートされた光ビームをガイドするように構成されている。コリメートされた光ビームは、たとえば、非ゼロの伝播角度でガイドされ得る。いくつかの実施形態によれば、平板ライトガイド２１２は、上記に説明されている、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０の平板ライトガイド１１２と実質的に同様であることが可能である。
【００６２】
さらに、図６に図示されているマルチビーム回折格子ベースのディスプレイ２１０は、マルチビーム回折格子アレイ２１４を含む。マルチビーム回折格子アレイ２１４は、異なる３Ｄビュー２０４に対応する主極大角度方向を有する複数のカップリングして外へ出された光ビームとして、コリメートされた導波光ビームの一部分を回折によりカップリングして外へ出すように構成されている。いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子アレイ２１４のマルチビーム回折格子は、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０に関して上記に説明されているマルチビーム回折格子１１４と実質的に同様であることが可能である。たとえば、マルチビーム回折格子は、チャープ型回折格子を含むことが可能である。いくつかの例では、チャープ型回折格子は、湾曲した回折フィーチャーを有することが可能である。それに加えて、チャープ型回折格子は、たとえば、線形のチャープ型回折格子であることが可能である。いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子は、平板ライトガイド２１２の表面に隣接して位置付けされている。
【００６３】
いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ２１０は、図６に図示されているように、光源２１６およびライトバルブアレイ２１８をさらに含むことが可能である。たとえば、光源２１６は、コリメートされた光ビームを提供するように構成され得る。いくつかの実施形態では、光源２１６は、光を放射するための光学的なエミッターと、放射された光をコリメートされた光ビームへ変換するためのコリメーターとを含むことが可能である。いくつかの実施形態では、光源２１６は、異なる光のカラーを提供するように構成されている複数の異なる発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことが可能である（議論を簡単にするために、「異なる色付きのＬＥＤ」と称される）。いくつかの実施形態では、異なる色付きのＬＥＤは、互いからオフセットされ得り（たとえば、横方向にオフセットされる）、または、そうでなければ、コリメーターと連動して、平板ライトガイド２１２の中のコリメートされた光ビームの異なるカラー特有の非ゼロの伝播角度を提供するように構成されている。さらに、異なるカラー特有の非ゼロの伝播角度は、光源２１６によって提供される光の異なるカラーのそれぞれに対応することが可能である。
【００６４】
いくつかの実施形態では（図示せず）、異なる光のカラーは、赤−緑−青（ＲＧＢ）カラーモデルのカラーの赤、緑、および青を含むことが可能である。さらに、平板ライトガイド２１２は、平板ライトガイド２１２の中に、異なるカラー依存性の非ゼロの伝播角度で、コリメートされた光ビームとして、異なるカラーをガイドするように構成され得る。たとえば、いくつかの実施形態によれば、第１のカラー導波光ビーム（たとえば、赤光ビーム）は、第１のカラー依存性の非ゼロの伝播角度でガイドされ得、第２のカラー導波光ビーム（たとえば、緑光ビーム）は、第２のカラー依存性の非ゼロの伝播角度でガイドされ得、第３のカラー導波光ビーム（たとえば、青光ビーム）は、第３のカラー依存性の非ゼロの伝播角度でガイドされ得る。
【００６５】
いくつかの実施形態によれば、ライトバルブアレイ２１８は、提供される３Ｄイメージの異なる３Ｄビュー２０４に対応する３Ｄピクセルとして、上記複数のもののうちのカップリングして外へ出された光ビーム（複数）を選択的に変調させるように構成され得る。ライトバルブアレイ２１８は、それに限定されないが、液晶ライトバルブおよびエレクトロウェッティングライトバルブを含む、さまざまなライトバルブのうちの任意のものを含むことが可能である。
【００６６】
図６に図示されている３Ｄヘッドアップディスプレイシステム２００は、光学的コンバイナー２２０をさらに含むことが可能である。光学的コンバイナー２２０は、３Ｄイメージをヘッドアップディスプレイシステム２００のアイボックス２０２へリレーするように構成されている。さらに、光学的コンバイナー２２０は、アイボックス２０２において、３Ｄイメージおよび（たとえば、光学的コンバイナー２２０の後ろに）物理的環境ビュー２０６を含む複合ビュー２０８を提供するように構成されている。換言すれば、光学的コンバイナー２２０は、異なる３Ｄビュー２０４を含む３Ｄイメージを物理的環境のビュー２０６と組み合わせるように、および、複合ビュー２０８をアイボックス２０２に提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、光学的コンバイナー２２０は、上記に説明されている、ヘッドアップディスプレイ１００の光学的コンバイナー１２０と実質的に同様であることが可能である。
【００６７】
とりわけ、いくつかの実施形態では、光学的コンバイナー２２０は、提供される３Ｄイメージをヘッドアップディスプレイシステム２００のアイボックス２０２へリレーするように構成されている、部分的に反射する表面および実質的に透明なライトガイドのうちの１つを含む。部分的に反射する表面および実質的に透明なライトガイドは、さまざまな実施形態によれば、部分的に反射する表面および実質的に透明なライトガイドのうちのそれぞれ１つを通して物理的環境を見ることを促進させるようにそれぞれ構成されている。いくつかの実施形態では、光学的コンバイナー２２０は、車両のウィンドシールドの一部分を含むことが可能である。車両は、たとえば、それに限定されないが、自動車、航空機、およびボートを含むことが可能である。したがって、ヘッドアップディスプレイシステム２００は、いくつかの実施形態によれば、車両のヘッドアップディスプレイシステムであることが可能である。たとえば、ヘッドアップディスプレイシステム２００は、さまざまな実施形態によれば、自動車ヘッドアップディスプレイシステムまたは航空機ヘッドアップディスプレイシステムなどであることが可能である。
【００６８】
いくつかの実施形態では（たとえば、図６に図示されているように）、３Ｄヘッドアップディスプレイシステム２００は、リレーオプティクス２３０をさらに含む。リレーオプティクス２３０は、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ２１０と光学的コンバイナー２２０との間に位置付けされ得る。リレーオプティクス２３０は、３Ｄイメージ（たとえば、異なる３Ｄビュー２０４を含み、異なる３Ｄビュー２０４として図示されている）の光、または、３Ｄイメージに対応する光を、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ２１０から、光学的コンバイナー２２０へリレーするように構成されている。いくつかの実施形態では、リレーオプティクス２３０は、それに限定されないが、レンズおよび反射体のうちの一方または両方などのような、コリメーティングオプティクスを含む。レンズおよび反射体は、たとえば、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ２１０からの光をリレーおよびコリメートの両方をするように構成され得る。したがって、コリメーションを提供するリレーオプティクス２３０のレンズおよび反射体は、それぞれ、コリメーティングレンズおよびコリメーティング反射体と称され得る。光のコリメーションは、たとえば、アイボックス２０２における異なる３Ｄビュー２０４を表す光の焦点合わせを提供することが可能である。
【００６９】
本明細書で説明されている原理の他の実施形態によれば、３次元の（３Ｄ）ヘッドアップディスプレイ動作の方法が提供される。図７は、本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、ヘッドアップディスプレイ動作の方法３００のフローチャートを一例として図示している。図７に図示されているように、ヘッドアップディスプレイ動作の方法３００は、コリメートされた光ビームを非ゼロの伝播角度でライトガイドの中にガイドするステップ３１０を含む。さまざまな実施形態によれば、コリメートされた光ビームは、ヘッドアップディスプレイ１００に関連して上記に説明されている平板ライトガイド１１２と実質的に同様の平板ライトガイドの中にガイドされ得る。そのうえ、コリメートされた光ビームは、ヘッドアップディスプレイ１００に関連して上記に説明されているように、非ゼロの伝播角度でガイド３１０され得る。
【００７０】
３Ｄヘッドアップディスプレイ動作の方法３００は、ライトガイドからのコリメートされた導波光ビームの一部分を、マルチビーム回折格子を使用して、回折によりカップリングして外へ出すステップ３２０をさらに含み、異なる主極大角度方向でライトガイドから離れるように方向付けされた複数のカップリングして外へ出された光ビームを作り出す。カップリングして外へ出された光ビームの異なる主極大角度方向は、ライトフィールドを形成することが可能である。さまざまな実施形態によれば、ライトフィールドは、カップリングして外へ出された光ビームの異なる主極大角度方向に対応する３Ｄイメージ（たとえば、表示イメージ）の複数の異なる３Ｄビューを提供する。とりわけ、カップリングして外へ出された光ビームは、さまざまな実施形態によれば、複数の異なる３Ｄビューを含む３Ｄイメージを形成する。
【００７１】
いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子は、ヘッドアップディスプレイ１００に関連して上記に説明されているマルチビーム回折格子１１４と実質的に同様である。とりわけ、コリメートされた光ビームをガイドするステップ３１０において使用されるライトガイド、および、コリメートされた光ビーム部分を回折によりカップリングして外へ出すステップ３２０において使用されるマルチビーム回折格子は、ヘッドアップディスプレイ１００のマルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０と実質的に同様のマルチビーム回折格子ベースのディスプレイの一部であることが可能である。
【００７２】
いくつかの実施形態では（図７には図示されていない）、ヘッドアップディスプレイ動作の方法は、ライトバルブのアレイを使用して、複数のカップリングして外へ出された光ビームの光ビームを変調させるステップをさらに含む。変調される光ビームは、たとえば、３Ｄイメージの３Ｄピクセルを形成することが可能である。いくつかの実施形態によれば、変調させることは、ライトバルブアレイによって提供され得る。たとえば、ライトバルブアレイは、ヘッドアップディスプレイ１００のマルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０に関連して上記に説明されているライトバルブアレイ１１６と実質的に同様であることが可能である。
【００７３】
図７に図示されているように、３Ｄヘッドアップディスプレイ動作の方法３００は、複合ビューを形成するために、光学的コンバイナーを使用して、３Ｄイメージの複数の異なる３Ｄビューを物理的環境のビューと組み合わせるステップ３３０をさらに含む。とりわけ、物理的環境は、光学的コンバイナーの後ろのビューであり、光学的コンバイナーを通して見られる。いくつかの実施形態では、光学的コンバイナーは、ヘッドアップディスプレイ１００に関連して上記に説明されている光学的コンバイナー１２０と実質的に同様であることが可能である。たとえば、光学的コンバイナーは、部分的に反射する表面（たとえば、ウィンドシールドの部分的に反射する部分）を含むことが可能である。
【００７４】
図７に図示されているように、３Ｄヘッドアップディスプレイ動作の方法３００は、複合ビュー（または、同等には「複合イメージ」）をアイボックスへリレーするステップ３４０をさらに含む。アイボックスは、上記に説明されている、ヘッドアップディスプレイ１００のアイボックス１０２と実質的に同様であることが可能である。とりわけ、アイボックスは、物理的環境ビューおよび３Ｄイメージの異なる３Ｄビューの両方を含む、リレーされた３４０複合ビューがユーザーによって見られる場所であることが可能である。さまざまな実施形態によれば、複合ビューを見るユーザーは、３Ｄイメージおよび物理的環境のビューを、同時に、または、複合ビューとして重ね合わせられて、知覚することが可能である。
【００７５】
したがって、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイを用い、イメージの複数の異なるビューを提供し、さらに、物理的環境ビューおよびイメージの異なるビューの重ね合わせを提供する、ヘッドアップディスプレイ、３Ｄヘッドアップディスプレイシステム、および、３Ｄヘッドアップディスプレイ動作の方法の例および実施形態が説明されてきた。上記に説明されている例は、単に、本明細書で説明されている原理を表す多くの具体的な例のいくつかの例示目的のものであるということが理解されるべきである。明らかに、当業者は、以下の特許請求の範囲によって定義されている範囲から逸脱することなく、多数の他の配置を容易に考案することが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  光ビーム
１２  矢印
１００  ヘッドアップディスプレイ
１０２  アイボックス
１０４  複数の異なるビュー
１０４’  光
１０６  物理的環境ビュー
１０６’  光
１０８  複合ビュー
１０８’  複合光
１１０  マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ
１１２  平板ライトガイド
１１４  マルチビーム回折格子
１１６  ライトバルブアレイ
１１８  光源
１２０  光学的コンバイナー
１２２  部分的に反射する表面
１２４  ウィンドシールド
２００  ３Ｄヘッドアップディスプレイシステム
２０２  アイボックス
２０４  異なる３Ｄビュー
２０６  物理的環境ビュー
２０８  複合ビュー
２１０  マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ
２１２  平板ライトガイド
２１４  マルチビーム回折格子アレイ
２１６  光源
２１８  ライトバルブアレイ
２２０  光学的コンバイナー
２３０  リレーオプティクス
３００  ヘッドアップディスプレイ動作の方法
【図１】
2019510995.tif 000003
【図２】
2019510995.tif 000004
【図３Ａ−Ｂ】
2019510995.tif 000005
【図３Ｃ】
2019510995.tif 000006
【図４】
2019510995.tif 000007
【図５】
2019510995.tif 000008
【図６】
2019510995.tif 000009
【図７】
2019510995.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月3日(2018.8.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドアップディスプレイであって、
イメージの複数の異なるビューを提供するように構成されているマルチビーム回折格子ベースのディスプレイと、
前記イメージの前記複数の異なるビューを前記ヘッドアップディスプレイのアイボックスへリレーするように構成されている光学的コンバイナーであって、前記アイボックスにおいて、前記イメージおよび物理的環境のビューを含む複合ビューを提供するようにさらに構成されている、光学的コンバイナーとを含む、ヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
前記イメージは、３次元の（３Ｄ）イメージを含み、前記複数の異なるビューのうちの異なるビューは、前記３Ｄイメージの異なる斜視的なビューを表している、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】
前記マルチビーム回折格子ベースのディスプレイは、
コリメートされた光ビームを非ゼロの伝播角度でガイドするように構成されている平板ライトガイドと、
前記平板ライトガイドの表面におけるマルチビーム回折格子のアレイであって、前記アレイのマルチビーム回折格子は、前記イメージの前記複数の異なるビューの異なるビュー方向に対応する異なる主極大角度方向を有する複数のカップリングして外へ出された光ビームとして、ガイドされる前記コリメートされた光ビームの一部分を回折によりカップリングして外へ出すように構成されている、マルチビーム回折格子のアレイとを含む、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項４】
前記マルチビーム回折格子は、線形チャープ型回折格子を含む、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項５】
前記マルチビーム回折格子ベースのディスプレイは、
前記コリメートされた光ビームを平板ライトガイドに提供するように構成されている光源と、
前記平板ライトガイド表面に隣接するライトバルブアレイであって、前記イメージの前記異なるビューのピクセルに対応する複数のピクセルとして、前記カップリングして外へ出された光ビームを選択的に変調させるように構成されている、ライトバルブアレイとをさらに含む、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項６】
前記光源は、
光を提供するように構成されている光学的な供給源と、
前記光学的な供給源からの前記光をコリメートするように、および、前記コリメートされた光ビームを前記平板ライトガイドに提供するように構成されているコリメーターとを含む、請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項７】
前記光源は、光の異なるカラーを提供するように構成されている複数の異なる光学的な供給源を含み、前記異なる光学的な供給源は、互いからオフセットされており、前記異なる光学的な供給源の前記オフセットは、光の前記異なるカラーのそれぞれに対応する前記コリメートされた光ビームの異なるカラー特有の非ゼロの伝播角度を提供するように構成されている、請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項８】
前記光学的コンバイナーは、部分的に反射する表面を含み、前記部分的に反射する表面は、前記イメージの前記複数の異なるビューを前記アイボックスに向けて反射させるように構成されており、さらに、前記部分的に反射する表面を通して前記アイボックスへ前記物理的環境ビューを送信するように構成されている、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項９】
前記光学的コンバイナーは、前記イメージの前記複数の異なるビューをガイドするように構成されているライトガイドを含む、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項１０】
前記光学的コンバイナーは、自動車のウィンドシールドの一部分を含み、前記ヘッドアップディスプレイは、自動車ヘッドアップディスプレイである、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項１１】
３次元の（３Ｄ）ヘッドアップディスプレイシステムであって、
複数の異なる３Ｄビューを含む３Ｄイメージを提供するように構成されているマルチビーム回折格子ベースのディスプレイであって、前記マルチビーム回折格子ベースのディスプレイは、コリメートされた光ビームをガイドするように構成されている平板ライトガイド、および、前記異なる３Ｄビューに対応する主極大角度方向を有する複数のカップリングして外へ出された光ビームとして、前記コリメートされた光ビームの一部分を回折によりカップリングして外へ出すように構成されているマルチビーム回折格子アレイを含む、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイと、
前記３Ｄイメージを前記ヘッドアップディスプレイシステムのアイボックスへリレーするように構成されている光学的コンバイナーであって、前記アイボックスにおいて、前記３Ｄイメージおよび物理的環境ビューの複合ビューを提供するようにさらに構成されている、光学的コンバイナーとを含む、３次元の（３Ｄ）ヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１２】
前記マルチビーム回折格子アレイのマルチビーム回折格子は、湾曲した回折フィーチャーを有するチャープ型回折格子を含む、請求項１１に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１３】
前記チャープ型回折格子は、線形のチャープ型回折格子である、請求項１２に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１４】
前記マルチビーム回折格子ベースのディスプレイは、
前記コリメートされた光ビームを提供するように構成されている光源と、
提供される前記３Ｄイメージの前記異なる３Ｄビューに対応する３Ｄピクセルとして、
前記複数の（カップリングして外へ出された光ビームの）うちの前記カップリングして外へ出された光ビーム（複数）を選択的に変調させるように構成されているライトバルブアレイとをさらに含み、
前記平板ライトガイドは、コリメートされた光ビームとして、非ゼロの伝播角度で前記コリメートされた光ビームをガイドするように構成されており、前記マルチビーム回折格子アレイのマルチビーム回折格子は、前記平板ライトガイドの表面に隣接して位置付けされている、請求項１１に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１５】
前記ライトバルブアレイは、複数の液晶ライトバルブを含む、請求項１４に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１６】
前記光学的コンバイナーは、提供される前記３Ｄイメージを前記アイボックスへリレーするように構成されている、部分的に反射する表面および実質的に透明なライトガイドのうちの１つを含み、前記部分的に反射する表面および前記実質的に透明なライトガイドは、前記部分的に反射する表面および実質的に透明なライトガイドのうちのそれぞれ１つを通して前記物理的環境を見ることを促進させるようにそれぞれ構成されている、請求項１１に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１７】
前記光学的コンバイナーは、車両のウィンドシールドの一部分を含み、前記ヘッドアップディスプレイシステムは、車両のヘッドアップディスプレイシステムである、請求項１１に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１８】
前記マルチビーム回折格子ベースのディスプレイと前記光学的コンバイナーとの間にリレーオプティクスをさらに含み、前記リレーオプティクスは、前記３Ｄイメージに対応する光を前記マルチビーム回折格子ベースのディスプレイから前記光学的コンバイナーへリレーするように構成されている、請求項１１に記載の３Ｄヘッドアップディスプレイシステム。
【請求項１９】
３次元の（３Ｄ）ヘッドアップディスプレイ動作の方法であって、
コリメートされた光ビームを平板ライトガイドの中に非ゼロの伝播角度でガイドするステップと、
ガイドされる前記コリメートされた光ビームの一部分を、マルチビーム回折格子のアレイを使用して、回折によりカップリングして前記平板ライトガイドから外へ出し、複数のカップリングして外へ出された光ビームを作り出すステップであって、前記カップリングして外へ出された光ビームは、複数の異なる３Ｄビューを含む３Ｄイメージを形成している、ステップと、
複合ビューを形成するために、光学的コンバイナーを使用して、前記３Ｄイメージの前記異なる３Ｄビューを物理的環境のビューと組み合わせるステップであって、前記物理的環境は、前記光学的コンバイナーの後ろにあり、前記光学的コンバイナーを通して見られる、ステップと、
前記複合ビューをアイボックスへリレーするステップとを含む、方法。
【請求項２０】
前記アレイのマルチビーム回折格子は、前記複数のカップリングして外へ出された光ビームとして、ガイドされる前記コリメートされた光ビームの一部分を回折によりカップリングして外へ出すように構成されており、前記複数の（カップリングして外へ出された光ビームの）うちの前記カップリングして外へ出されたビーム（複数）は、互いに異なる主極大角度方向を有しており、前記異なる主極大角度方向は、前記３Ｄイメージの異なる３Ｄビューの異なるビュー方向に対応している、請求項１９に記載のヘッドアップディスプレイ動作の方法。
【請求項２１】
ライトバルブのアレイを使用して、前記複数のカップリングして外へ出された光ビームのうちの光ビーム（複数）を変調させるステップをさらに含み、前記変調される光ビームは、前記３Ｄイメージの３Ｄピクセルを形成する、請求項１９に記載のヘッドアップディスプレイ動作の方法。
【請求項２２】
前記光学的コンバイナーは、車両のウィンドシールドの一部分を含む、請求項１８に記載のヘッドアップディスプレイ動作の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
図３Ａおよび図３Ｂでは、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０は、マルチビーム回折格子１１４のアレイをさらに含む。図３Ａ〜図３Ｂに図示されているように、マルチビーム回折格子１１４は、平板ライトガイド１１２の表面（たとえば、上部表面または前面）に位置付けされている。他の例では（図示せず）、マルチビーム回折格子１１４のうちの１つまたは複数は、平板ライトガイド１１２の中に位置付けされ得る。さらなる他の例では（図示せず）、マルチビーム回折格子１１４のうちの１つまたは複数は、平板ライトガイド１１２の底部表面または裏面にまたはその上に位置付けされ得る（すなわち、マルチビーム回折格子１１４とともに図示されている表面とは反対側の表面）。組み合わせて、平板ライトガイド１１２、および、マルチビーム回折格子１１４のアレイは、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０のマルチビーム回折格子ベースのバックライトを提供するか、または、それとしての役割を果たしている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
いくつかの実施形態によれば、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０は、ライトバルブのアレイ、または、ライトバルブアレイ１１６をさらに含む。ライトバルブアレイ１１６は、表示イメージの異なるビューのピクセルに対応する複数のピクセル（すなわち、変調されたピクセル）として、カップリングして外へ出された光ビームを選択的に変調させるように構成され得る。たとえば、図３Ａ〜図３Ｂを参照すると、ライトバルブアレイ１１６は、平板ライトガイド表面に隣接して図示されている。さまざまな実施形態によれば、ライトバルブアレイ１１６は、表示イメージの異なるビューに対応する異なって方向付けされた光ビーム（すなわち、マルチビーム回折格子１１４からの異なる所定の主極大角度方向を有する複数の光ビーム）を変調させるように構成されている。とりわけ、上記複数の光ビームのうちの光ビーム（複数）は、ライトバルブアレイ１１６の個々のライトバルブを通過し、それによって変調される。変調された異なって方向付けされた光ビームは、さまざまな実施形態によれば、カップリングして外へ出された光ビームの異なる方向に応じて、表示イメージの異なるビューのピクセルを表すことが可能である。さまざまな実施形態では、それに限定されないが、液晶ライトバルブ、電気泳動ライトバルブ、および、エレクトロウェッティングに基づくライトバルブのうちの１つまたは複数を含む、異なるタイプのライトバルブが、ライトバルブアレイ１１６の中に用いられ得る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
再び図２を参照すると、ヘッドアップディスプレイ１００は、光学的コンバイナー１２０をさらに含む。さまざまな実施形態によれば、光学的コンバイナー１２０は、イメージの複数の異なるビュー１０４をヘッドアップディスプレイ１００のアイボックス１０２にリレーするように構成されている。光学的コンバイナー１２０は、さまざまな実施形態によれば、アイボックス１０２において、光学的コンバイナー１２０の後ろに物理的環境１０６のビュー（または、同等には「物理的環境ビュー」）を提供するようにさらに構成されている。「の後ろに」によって、物理的環境のビューが、ユーザーの側から光学的コンバイナー１２０の反対側にある物理的環境の、ユーザーには見えるビューであるということを意味している。したがって、「光学的コンバイナー１２０の後ろの」物理的環境１０６のビューは、本明細書での定義によれば、光学的コンバイナー１２０を「通して見られる」ようなビューである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
図２は、例として、および、限定としてではなく、物理的環境１０６の表現として、円錐、長方形のボックス、および円柱を図示している。とりわけ、光学的コンバイナー１２０は、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０によって提供される表示イメージ（すなわち、複数の異なるビュー１０４を含む）と物理的環境ビューとを、複合ビュー１０８として組み合わせ、次いで、複合ビュー１０８をアイボックス１０２に提供するように構成されている。物理的環境ビューおよび表示イメージの複数の異なるビュー１０４の両方を含む複合ビュー１０８は、さまざまな実施形態によれば、ユーザーによってアイボックス１０２において見られ得る。複合ビュー１０８は、たとえば、物理的環境ビューと重ね合わせられた異なるビュー１０４を含む表示イメージのようにユーザーに見えることが可能である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
図４は、本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、光学的コンバイナー１２０の断面図を一例として図示している。とりわけ、図４は、部分的に反射する表面１２２を含む光学的コンバイナー１２０を図示している。マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０（図４には図示されていない）から部分的に反射する表面１２２に入射し、また、表示イメージの異なるビュー１０４を表している、光１０４’は、部分的に反射する表面１２２から離れる方を指し示す矢印（すなわち、それは、アイボックス１０２（図４には図示されていない）の方を向いている）によって表される方向に、部分的に反射する表面１２２によって反射される。また、図示されているように、物理的環境のビュー（イメージを含む）を表す物理的環境１０６からの光１０６’が、部分的に反射する表面１２２を通過し、複合光１０８’として、反射された入射光１０４’と組み合わせられる。複合光１０８’は、複合ビュー１０８を形成する（たとえば、図２に図示されているように、アイボックス１０２において）。上述のように、複合ビュー１０８は、表示イメージの異なるビュー１０４と物理的環境ビューのビューとの重ね合わせである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
図５は、本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、自動車ヘッドアップディスプレイ１００の概略ダイアグラムを一例として図示している。自動車ヘッドアップディスプレイ１００は、イメージの異なるビュー１０４を発生させるように構成されているマルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０を含む。自動車ヘッドアップディスプレイ１００は、光学的コンバイナー１２０をさらに含む。図示されているように、光学的コンバイナー１２０は、部分的に反射する表面１２２としての役割を果たすか、または、部分的に反射する表面１２２を含む、自動車（図示せず）のウィンドシールド１２４の一部分を含む。異なるビュー１０４を表す光１０４’は、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０から自動車ウィンドシールド１２４における光学的コンバイナー１２０へリレーされる。光１０４’は、光学的コンバイナー１２０によって、アイボックス１０２に向けて反射される。それに加えて、自動車の外側の物理的環境１０６からの光１０６’（すなわち、ウィンドシールドを通るビュー）は、アイボックス１０２における複合ビュー１０８として、光学的コンバイナー１２０によって反射された光１０４’と組み合わせられる。複合ビュー１０８は、ユーザーによって（たとえば、自動車のドライバーまたは乗客によって）、アイボックス１０２において見られ得る。複合ビュー１０８は、マルチビーム回折格子ベースのディスプレイ１１０からの異なるビュー１０４によって表されるイメージと重ね合わせられた物理的環境１０６からのビューを含む。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
本明細書で説明されている原理のいくつかの実施形態によれば、３次元の（３Ｄ）ヘッドアップディスプレイシステムが提供される。図６は、本明細書で説明されている原理に一致する実施形態による、３次元の（３Ｄ）ヘッドアップディスプレイシステム２００のブロック図を一例として図示している。３Ｄヘッドアップディスプレイシステム２００は、ユーザーによって見るために、３Ｄイメージをアイボックス２０２に提供するように構成されている。さまざまな実施形態によれば、３Ｄイメージは、複数の異なる３Ｄビュー２０４（たとえば、異なる斜視的なビュー）を含む。さらに、３Ｄイメージは、物理的環境（または、同等には「物理的環境ビュー」２０６）のビューとともに、複合ビュー２０８として、アイボックス２０２においてユーザーによって見られ得る。そのうえ、複合ビュー２０８は、さまざまな実施形態によれば、いわゆる「ヘッドアップ」様式でユーザーによって見られ得る。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
図６に図示されている３Ｄヘッドアップディスプレイシステム２００は、光学的コンバイナー２２０をさらに含むことが可能である。光学的コンバイナー２２０は、３Ｄイメージをヘッドアップディスプレイシステム２００のアイボックス２０２へリレーするように構成されている。さらに、光学的コンバイナー２２０は、アイボックス２０２において、３Ｄイメージおよび（たとえば、光学的コンバイナー２２０の後ろに）物理的環境ビュー２０６を含む複合ビュー２０８を提供するように構成されている。換言すれば、光学的コンバイナー２２０は、異なる３Ｄビュー２０４を含む３Ｄイメージを物理的環境ビュー２０６と組み合わせるように、および、複合ビュー２０８をアイボックス２０２に提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、光学的コンバイナー２２０は、上記に説明されている、ヘッドアップディスプレイ１００の光学的コンバイナー１２０と実質的に同様であることが可能である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ａ−Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ａ−Ｂ】
2019510995.tif 000011
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ｃ】
2019510995.tif 000012
【国際調査報告】
2019510995.tif 000013
2019510995.tif 000014